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摘要：基于混凝土碳化与钢筋锈蚀的基本原理，将衬砌结构的工作阶段分为无锈工作阶段和损伤破坏阶段，且无锈工作阶段和损伤破坏阶段两个过程在时间上相互衔接，因此，将衬砌结构的寿命分为也两个阶段，即
。根据工程实例对衬砌结构两个阶段寿命的分析和预测，并最终得到了衬砌结构的全寿命周期。
关键词：混凝土碳化；钢筋锈蚀；衬砌结构；寿命预测
0引言
衬砌结构在外部环境的作用下，随着时间的推移，混凝土材料逐渐老化和结构性能不断劣化，出现损伤甚至损坏，继而影响衬砌结构的使用功能和导致承载力下降，最终影响整个结构的安全。基于此许多专家学者对衬砌结构的寿命周期进行了分析和预测。程熙竣[1]以达万高速沙坝湾隧道为背景依托,通过对于衬砌结构损伤机理以及结构寿命影响因素的研究,总结了衬砌结构寿命预测方法，预测了沙坝湾隧道的使用寿命。牛荻涛[2]教授研究指出钢筋锈蚀的开始时间的确定由混凝土的碳化深度与碳化残量共同决定，并得到了混凝土的碳化模型。针对钢筋锈蚀对衬砌结构的钢筋的强度及截面积减弱、混凝土与钢筋的粘聚性下降以及混凝土有效截面高度的减小等的影响，惠云玲[3]通过大量的试验研究给出了结构在发生钢筋绣蚀后截面承载的计算方法。基于混凝土碳化与钢筋锈蚀的基本原理，将衬砌结构的工作阶段分为无锈工作阶段和损伤破坏阶段，且无锈工作阶段和损伤破坏阶段两个过程在时间上相互衔接，因此，将衬砌结构的寿命分为也两个阶段，即
。根据工程实例对衬砌结构两个阶段寿命的分析和预测，并最终得到了衬砌结构的全寿命周期。
1衬砌结构寿命组成分析
基于混凝土碳化与钢筋锈蚀的基本原理，将衬砌结构的工作阶段分为无锈工作阶段和损伤破坏阶段。
1.1混凝土无锈工作阶段
该阶段的混凝土寿命按照二次衬砌结构在施做完成后到钢筋失去混凝土的保护为止，这段时间由于周边环境的对混凝土的侵蚀使混凝土碳化的深度不断加深保护层厚度不断减小，当混凝土碳化深度到达受力钢筋表面时认为钢筋开始受到环境的侵蚀作用并开始发生锈蚀，而在此阶段的寿命预测过程中还要考虑混凝土碳化的残量对于钢筋提前锈蚀的影响。
1.2混凝土损伤破坏阶段在此阶段
钢筋受到周边环境的侵蚀而发生锈蚀，钢筋的锈蚀使得截面的承载力发生破坏，主要表现为钢筋截面面积减小、强度减弱以及衬砌结构的有效高度减小等等。根据衬砌结构的受力情况，计算衬砌结构在钢筋锈蚀情况下的安全系数，通过安全系数的求解得出承载力衰减过程中时间函数的求解，得到衬砌结构从钢筋开始锈蚀到结构损伤破坏所经历的时间。
2 衬砌结构寿命预测模型
2.1混凝土无锈工作阶段时间预测模型
衬砌结构中混凝土的碳化使得钢筋保护层的厚度不断减小，在此过程中钢筋表面的水化氧化物被活化，钢筋开始诱烛，所以钢筋锈蚀的开始时间的确定由混凝土的碳化深度与碳化残量共同决定。文章借鉴文献[2]中的研究内容选择衬砌结构混凝土的碳化模型如下：
3 衬砌结构寿命的预测
利用二氧化碳浓度的检测通过红外线气体分析仪对西安地区已建成的地铁一、二号线路的情况进行调查，参考相关资料得出西安地区地铁在运行过程中隧道空气二氧化碳浓度，环境温度与湿度的参数，选取最不利的情况对隧道二次衬砌进行结构寿命的评估。环境参数经过对比选取如下表1所示的数据
隧道规范要求，设计年限至少100年，当衬砌厚度为55厚的时候，隧道有空洞，缺损状态下是不满足设计要求的，厚度最佳情况为是60厚，增加厚度的情况下使用年限速率会减小，所以预测寿命大于100的前提下，选取60厚的混凝土符合要求。
4 结论
基于基于混凝土碳化与钢筋锈蚀的基本原理，把衬砌结构分为混凝土无锈工作和损坏破坏两个寿命阶段。
根据工程实例预测结果显示，证明了隧道使用寿命预测方法是切实可用的，也证明了结构缺陷对于隧道结构寿命的削减，对于结构缺陷的修复是非常必要的。
（3）根据计算结果，在满足规范设计的100年使用期限的情况下，选取厚度为60的衬砌更符合工程要求。
参考文献
[1]程熙竣.公路隧道村砌结构使用寿命预测方法研究[D].西南交通大学,2012.
[2]牛获涛.混凝土结构耐久性与寿命预侧[M]. 北京：科学出版社，2003:326.
[3]惠云玲.混凝土结构中钢筋锈蚀程度评估和预测试验研究[J]. 工业建筑,1997,(06):7-10+50.
[4]中华人名共和国.公路工程质量检验评定标准（JTGF801 2012）[S]. 北京：人民交通出版社.
论文作者:薛成龙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/16
标签：结构论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 锈蚀论文; 阶段论文; 寿命论文; 损伤论文; 《基层建设》2017年第30期论文;